DE102019200030A1

DE102019200030A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102019200030A1
Application number: DE102019200030.4A
Authority: DE
Inventors: Sho Nakagawa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2019-08-14
Also published as: JP2019140627A; JP7077649B2; CN110165878B; CN110165878A; US20190253046A1; US10581425B2

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Leistungshalbleiter-Schaltelement, eine Vergleichsschaltung, eine Filterschaltung und eine Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung. Die Vergleichsschaltung vergleicht einen Wert einer Ausgangsspannung des Schaltelements mit einer Schwelle und gibt ein Vergleichsergebnis als ein Bestimmungssignal aus. Die Filterschaltung gibt das Bestimmungssignal an die Steuerschaltung nach einer Verzögerungszeit aus, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung des Schaltelements einen vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich das Schaltelement in einem normalen EIN-Zustand befindet, nachdem das Schaltelement eingeschaltet wurde. Die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung ändert eine Einschaltzeit des Schaltelements, die Verzögerungszeit oder einen Spannungswert des Bestimmungssignals, wenn eine Spannung der Energieversorgung abfällt, für den Fall, dass das Schaltelement normalerweise eingeschaltet ist.

Description

KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-024578 , eingereicht am 14. Februar 2018, in Anspruch, deren gesamter Inhalt hiermit zur Bezugnahme übernommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung zum Ansteuern einer Last und genauer gesagt eine Halbleitervorrichtung, die einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands verhindern kann, um die Betriebsleistung für den Fall sicherzustellen, dass die Spannung einer Energieversorgung während eines normalen Betriebs abfällt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es gibt einige Halbleitervorrichtungen zum Ansteuern einer Last mit elektrischer Energie, die von einer Energieversorgung zugeführt wird, durch Schalten eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, das eine Schutzfunktion aufweist, um zu verhindern, dass ein Überstrom durch das Leistungshalbleiter-Schaltelement fließt, der zu einem Durchschlagen des Elements führt (siehe beispielsweise die JP-A-2014-138521 und WO 2016/143382 ).
Eine derartige Halbleitervorrichtung bestimmt, ob Überstrom in einem Leistungshalbleiter-Schaltelement fließt, basierend darauf, ob der Wert der Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements höher oder niedriger als eine vorbestimmte Schwelle ist. Wenn das Leistungshalbleiter-Schaltelement jedoch eingeschaltet wird, ist die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements zuerst geringer als die vorbestimmte Schwelle zum Bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in einem normalen EIN-Zustand befindet. Falls daher eine Bestimmung in diesem Zustand ausgeführt wird, kann fälschlicherweise bestimmt werden, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement nicht im normalen EIN-Zustand befindet. Mit anderen Worten kann ein Überstromzustand fälschlicherweise erkannt werden. Aus diesem Grund kann ein Filter zum Einstellen einer Verzögerungszeit derart bereitgestellt werden, so dass das Filter, nachdem das Leistungshalbleiter-Schaltelement eingeschaltet wurde, wenn die Verzögerungszeit abgelaufen ist, mit anderen Worten, wenn die Ausgangsspannung die vorbestimmte Schwelle erreicht, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet, das Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Wert der Ausgangsspannung und der Schwelle an die Steuerschaltungsseite ausgibt, um eine Bestimmung vorzunehmen.
Unterdessen kann während eines normalen Betriebs die Spannung der Energieversorgung aus einem beliebigen Grund abfallen. In diesem Fall kann es sein, selbst wenn die Verzögerungszeit, die durch das Filter eingestellt wird, abgelaufen ist, dass die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements den vorbestimmten Spannungswert, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet, nicht erreicht. Daher kann ein Überstromzustand fälschlicherweise erkannt werden, und es kann sein, dass die gesamte Halbleitervorrichtung nicht normal funktionieren kann.
KURZDARSTELLUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Halbleitervorrichtung bereit, die einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands verhindern kann, um die Betriebsleistung für den Fall sicherzustellen, dass die Spannung einer Energieversorgung während eines normalen Betriebs abfällt.
Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Leistungshalbleiter-Schaltelement, das konfiguriert ist, um eine Last mit elektrischer Energie aus einer Energieversorgung durch Schalten anzusteuern, und ist konfiguriert, um ein Bestimmungssignal, um zu erkennen, ob sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in einem normalen EIN-Zustand befindet, an eine Steuerschaltung auszugeben, die konfiguriert ist, um die entsprechende Erkennung auszuführen. Die Halbleitervorrichtung umfasst:

eine Vergleichsschaltung, die konfiguriert ist, um einen Wert einer Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements mit einer Schwelle, die einen Überstromzustand des Leistungshalbleiter-Schaltelements darstellt, zu vergleichen und ein Vergleichsergebnis als das Bestimmungssignal auszugeben;
eine Filterschaltung, die auf einer Ausgangsseite der Vergleichsschaltung bereitgestellt wird, um das Bestimmungssignal an die Steuerschaltung nach einer Verzögerungszeit auszugeben, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements einen vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet, nachdem das Leistungshalbleiter-Schaltelement eingeschaltet wurde; und
eine Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung, die konfiguriert ist, um eine Einschaltzeit des Leistungshalbleiter-Schaltelements, die Verzögerungszeit oder einen Spannungswert des Bestimmungssignals, wenn eine Spannung der Energieversorgung in dem Fall, dass das Leistungshalbleiter-Schaltelement normal eingeschaltet ist, abfällt, zu ändern, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands, die durch die Steuerschaltung ausgeführt wird, zu verhindern.

Die Halbleitervorrichtung zum Ansteuern einer Last durch Schalten des Leistungshalbleiter-Schaltelements vergleicht den Wert der Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements mit der vorbestimmten Schwelle, um zu erkennen, ob Überstrom in dem Leistungshalbleiter-Schaltelement fließt, um das Durchschlagen eines Elements des Leistungshalbleiter-Schaltelements auf Grund von Überstrom zu verhindern. Wenn das Leistungshalbleiter-Schaltelement eingeschaltet wird, ist der Wert der Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements zuerst geringer als der vorbestimmte Spannungswert, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet. Falls der Wert der Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements und die Schwelle in diesem Zustand durch die Vergleichsschaltung verglichen werden, kann es sein, dass bestimmt wird, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement nicht in dem normalen EIN-Zustand befindet. Aus diesem Grund wird die Filterschaltung derart bereitgestellt, dass, wenn die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung eingestellt wird, abgelaufen ist, mit anderen Worten, wenn der Wert der Ausgangsspannung den vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet, die Filterschaltung das Vergleichsergebnis der Vergleichsschaltung an die Steuerschaltungsseite ausgibt, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern.
Selbst wenn die Halbleitervorrichtung normal funktioniert, kann die Spannung der Energieversorgung jedoch aus einem beliebigen Grund abfallen. In diesem Fall, selbst wenn die Verzögerungszeit abgelaufen ist, erreicht die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements nicht den vorbestimmten Spannungswert, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet. In diesem Fall kann fälschlicherweise ein Überstromzustand erkannt werden. Um einen derartigen Fehler zu verhindern, wird die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern, bereitgestellt.
Die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung kann konfiguriert sein, um die Verzögerungszeit derart zu erhöhen, dass der Ausgangsspannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements den vorbestimmten Spannungswert erreichen kann, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet, selbst wenn die Spannung der Energieversorgung abfällt. Die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung kann konfiguriert sein, um das Leistungshalbleiter-Schaltelement innerhalb der Verzögerungszeit einzuschalten, selbst wenn die Ausgangsspannung abfällt, so dass verhindert wird, dass die Zeit, die zum Einschalten benötigt wird, länger als die Verzögerungszeit ist. Ferner kann die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung konfiguriert sein, um den Spannungswert des Signals, das von der Vergleichsschaltung an die Filterschaltung ausgegeben wird und das ausgegebene Vergleichsergebnis darstellt, d.h. das Bestimmungssignal, das von der Vergleichsschaltung eingegeben wird, für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung abgefallen ist, zu ändern. Daher ist es möglich, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung während eines normalen Betriebs abfällt, einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern, und entsprechend ist es möglich, die Betriebsleistung sicherzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung, die einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands verhindern kann, um die Betriebsleistung für den Fall sicherzustellen, dass die Spannung einer Energieversorgung während eines normalen Betriebs abfällt, bereitgestellt werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Schaltbild, um das grundlegende Prinzip gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären.
2 eine Ansicht, die Kennlinien der Ausgangsspannung abbildet, um das grundlegende Prinzip gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären.
3 eine Grafik, welche die Abhängigkeit der Verzögerungszeit, die durch eine Filterschaltung eingestellt wird, und der Einschaltzeit von der Spannung einer Energieversorgung abbildet, um das grundlegende Prinzip gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären.
4A ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet, und 4B eine Grafik, die eine Kennlinie dieser Schaltungskonfiguration abbildet.
5A ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet, und 5B eine Grafik, die eine Kennlinie dieser Schaltungskonfiguration abbildet.
6 ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
7 ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
8 ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
9 ein Schaltbild, das eine Schaltungskonfiguration gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
10 ein Schaltbild, das ein Beispiel der Konfiguration einer in 9 gezeigten Schaltung zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung abbildet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird das grundlegende Prinzip gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 3 ausführlich beschrieben.
Grundlegendes Prinzip
Zuerst wird zum Erklären des Prinzips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine einfache Schaltungskonfiguration mit Bezug auf 1 beschrieben.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein intelligenter Stromschalter (IPS), der auf ein elektrisches System, wie etwa auf den Motor, das Getriebe, die Bremse oder dergleichen, eines elektrischen Fahrzeugs angewendet werden kann.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Halbleitervorrichtung S hauptsächlich einen Leistungs-MOSFET 1, der im Hinblick auf die Ausfallsicherheit ein normalerweise ausgeschalteter N-MOSFET ist, eine Energieversorgung VCC, einen Vergleicher 3, eine Filterschaltung 4 und einen Ausschalt-MOSFET 7. Der Leistungs-MOSFET 1 wird als Reaktion auf ein Treibsignal, das von einer Gate-Treiberschaltung (bei einer dritten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, eine Gate-Treiberschaltung 9 aus 7) dem Gate zugeführt wird, ein-/ ausgeschaltet, so dass eine Last 2, die in dem zuvor erwähnten elektrischen System enthalten ist, mit der elektrischen Energie der Energieversorgung VCC angesteuert wird. Die Gate-Treiberschaltung erzeugt das zuvor erwähnte Treibsignal basierend auf einem EIN/AUS-Signal, das von einer Steuerschaltung (bei der dritten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, eine Steuerschaltung 8 aus 7), wie etwa einer ECU oder dergleichen, des elektrischen Fahrzeugs zugeführt wird. Die in 1 gezeigte Schaltungskonfiguration ist ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration für den Fall, dass der Leistungs-MOSFET 1 ein High-Side-Schalter ist, der näher an der Energieversorgung VCC als die Last 2, d.h. auf der Hochpotentialseite der Last 2 angeordnet ist.
Der Vergleicher 3 vergleicht den Wert der Ausgangsspannung des Leistungs-MOSFET 1 mit einer Schwelle, die zweckmäßig beispielsweise basierend auf dem Nennstrom des Leistungs-MOSFET 1 und der Erhitzungstemperatur des Leistungs-MOSFET 1 eingestellt wird, und falls der Wert der Ausgangsspannung höher als die Schwelle ist, bestimmt die Steuerschaltung, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in einem normalen EIN-Zustand befindet. Unterdessen wird für den Fall, dass der Wert der Ausgangsspannung niedriger als die Schwelle ist, ein Überstromzustand bestimmt. Mit anderen Worten ist der Vergleicher 3 eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen des Ausgangsspannungswertes des Leistungs-MOSFET 1 mit der Schwelle, damit die Steuerschaltungsseite bestimmen kann, ob sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet. In diesem Fall wird der Leistungs-MOSFET 1 ausgeschaltet, um zu verhindern, dass das Element beispielsweise durch Überstrom beschädigt wird. Insbesondere legt der Vergleicher ein EIN-Signal, das von der Steuerschaltung eingegeben wird, an das Gate des Ausschalt-MOSFET 7 an, um den Ausschalt-MOSFET 7 einzuschalten, so dass das Gate des Leistungs-MOSFET 1 und eine interne Masse GND leitend sind. Folglich wird eine elektrische Ladung des Gates des Leistungs-MOSFET 1 entnommen, so dass der Leistungs-MOSFET 1 ausgeschaltet wird.
Es werden Verbindungsbeziehungen beschrieben. Der Drain des Leistungs-MOSFET 1 ist an die Energieversorgung VCC angeschlossen, und die Quelle desselben ist an ein Ende der Last 2 über eine Ausgangsklemme 5 angeschlossen und ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 3 angeschlossen. Das andere Ende der Last 2 ist erdet. Das Gate des Leistungs-MOSFET 1 ist an die Steuerschaltung über die Gate-Treiberschaltung und so weiter angeschlossen und ist auch an den Drain des Ausschalt-MOSFET 7 angeschlossen. Die Source des Ausschalt-MOSFET 7 ist an die interne Masse GND angeschlossen, und das Gate desselben ist an die zuvor erwähnte Steuerschaltung angeschlossen. Die invertierende Eingangsklemme des Vergleichers 3 ist an eine Referenzspannungsquelle 6 angeschlossen, die konfiguriert ist, um eine Referenzspannung VOC auszugeben, um die Schwellenspannung zu erzeugen, und die Ausgangsklemme desselben ist an die Eingangsklemme der Filterschaltung 4 angeschlossen. Die Ausgangsklemme der Filterschaltung 4 ist an die zuvor erwähnte Steuerschaltung über diverse Schaltungen zum Steuern der Halbleitervorrichtung S angeschlossen.
Die Gate-Treiberschaltung, die Steuerschaltung und so weiter sind nur Beispiele, und es können beliebige Schaltungskonfigurationen zweckmäßig verwendet werden, solange es möglich ist, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen.
Der Betrieb der Halbleitervorrichtung S, welche die zuvor beschriebene Konfiguration aufweist, wird mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie zuvor beschrieben, vergleicht der Vergleicher 3 den Spannungswert der Ausgangsspannung VOUT des Leistungs-MOSFET 1 mit dem Spannungswert der Referenzspannung VOC (der zuvor erwähnten Schwelle), um zu bestimmen, ob die Ausgangsspannung höher oder tiefer als die Referenzspannung ist. Dadurch kann die Steuerschaltungsseite bestimmen, ob sich der Leistungs-MOSFET 1 in einem Überstromzustand befindet. Als ein spezifisches Beispiel, wird für den Fall, dass der EIN-Widerstand des Leistungs-MOSFET 1 gleich 100 mΩ ist, und ein Überstromerkennungswert auf 2 A eingestellt ist, falls die Ausgangsspannung VOUT gleich oder höher als die Referenzspannung VOC (= [Spannung der Energieversorgung VCC] - 100 (mΩ) × 2 (A)) ist, bestimmt, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet; wohingegen bestimmt wird, falls die Ausgangsspannung VOUT niedriger als die Referenzspannung VOC ist, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in einem Überstromzustand befindet.
Wenn der Leistungs-MOSFET 1 als Reaktion auf ein in 2 gezeigtes EIN-Signal IN eingeschaltet wird, ist die Ausgangsspannung VOUT zuerst gering. Mit anderen Worten erreicht die Ausgangsspannung nicht den vorbestimmten Spannungswert, um zu bestimmen, dass sich der Leistungs-MOSFET in dem normalen EIN-Zustand befindet. In diesem Zustand kann die Zustandsbestimmung nicht richtig ausgeführt werden, selbst wenn das Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Spannungswert der Ausgangsspannung VOUT und dem Spannungswert der Referenzspannung VOC ausgegeben wird. Aus diesem Grund wird die in 1 gezeigte Filterschaltung 4 bereitgestellt, um eine vorbestimmte Zeit, mit anderen Worten eine Verzögerungszeit D, einzustellen, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung VOUT den vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet, für den Fall, dass der Leistungs-MOSFET normalerweise eingeschaltet ist, so dass, wenn die Verzögerungszeit D abgelaufen ist, das Vergleichsergebnis des Vergleichers 3 an die zuvor erwähnte Steuerschaltungsseite ausgegeben wird, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern.
Unterdessen kann die Spannung der Energieversorgung VCC aus einem beliebigen Grund abfallen, selbst wenn die Halbleitervorrichtung normal funktioniert. In diesem Fall kommt es zu einer Verzögerung beim Einschaltvorgang des Leistungs-MOSFET 1. Daher erreicht, wie durch eine gestrichelte Linie in 2 gezeigt, selbst wenn die Verzögerungszeit D abgelaufen ist, die Ausgangsspannung VOUT nicht den vorbestimmten Spannungswert, um zu bestimmen, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet. Falls die Bestimmung, ob sich der Leistungs-MOSFET 1 in einem Überstromzustand befindet, basierend auf der Ausgangsspannung VOUT in dem zuvor erwähnten Zustand durch die Steuerschaltungsseite ausgeführt wird, da die Spannung der Energieversorgung VCC abgefallen ist, obwohl die Halbleitervorrichtung S normal funktioniert, kann fälschlicherweise ein Überstromzustand erkannt werden.
Dieser Punkt wird in einem anderen Hinblick mit Bezug auf die Grafik aus 3 ausführlich beschrieben. Die Grafik aus 3 weist eine senkrechte Achse, welche die Zeit darstellt, und eine waagerechte Achse, welche die Spannung der Energieversorgung VCC darstellt, auf und zeigt die Abhängigkeit der Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, und der Einschaltzeit von der Spannung der Energieversorgung. Wie zuvor beschrieben, wenn die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, verschlechtert sich die Betriebsleistung der Filterschaltung 4, und die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, nimmt zu. Auch nimmt, wenn die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, die Einschaltzeit des Leistungs-MOSFET 1, d.h. die Zeit, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung VOUT den vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet, zu. Aus diesem Grund kommt es zwischen einer Strecke L1, welche die Einschaltzeit darstellt, die von der Spannung der Energieversorgung VCC abhängig ist, und einer Strecke L2, welche die Verzögerungszeit darstellt, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird und von der Spannung der Energieversorgung VCC abhängig ist, zu einer Überlappung. Falls es möglich ist, die Positionsbeziehung zwischen diesen Strecken derart zu ändern, dass die Überlappung unterdrückt wird, ist es selbst für Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC während eines normalen Betriebs abfällt, möglich, die Betriebsleistung der Halbleitervorrichtung S sicherzustellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet Schaltungskonfigurationen, die in der Lage sind, eine derartige Überlappung zu unterdrücken, um die Betriebsleistung der Halbleitervorrichtung S sicherzustellen. Mit anderen Worten, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, ändert eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Positionsbeziehung zwischen der Strecke L1, welche die Einschaltzeit des Leistungs-MOSFET 1 darstellt, und der Strecke L2, welche die Verzögerungszeit darstellt, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, so dass die sich die beiden Strecken nicht kreuzen. Auch ändert eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, den Spannungswert des Ausgangssignals des Vergleichers 3, welches das zuvor erwähnte Vergleichsergebnis darstellt, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands, die auf der Steuerschaltungsseite ausgeführt wird, zu verhindern. Nachstehend werden Ausführungsformen, die diese Vorgänge umsetzen, ausführlich beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform wird mit Bezug auf 4A bis 5B beschrieben. Die erste Ausführungsform betrifft eine Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung, die verhindern kann, dass die Strecke L2 aus 3, welche die Verzögerungszeit darstellt, die Strecke L1 überlappt, welche die Einschaltzeit darstellt, für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC während eines normalen Betriebs abfällt. Mit anderen Worten erhöht für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird und die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung des Leistungs-MOSFET 1 den vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern. Nachstehend wird diese Schaltungskonfiguration als eine erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung bezeichnet. Wie in 4A gezeigt, umfasst die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung eine Konstantstromquelle 111 und einen Kondensator 112. Die anderen Bauteile sind dieselben wie die zuvor erwähnten Bauteile, und daher werden sie in den Zeichnungen nicht gezeigt und nachstehend nicht beschrieben.
Die Konstantstromquelle 111 ist beispielsweise eine Schaltung, die einen MOSFET umfasst, und die Eingangsklemme desselben ist an die Energieversorgung VCC angeschlossen, und die Ausgangsklemme desselben ist an den Drain des Leistungs-MOSFET 1 angeschlossen. Der Kondensator 112 ist ein Element zum Stabilisieren der Spannung der Energieversorgung VCC, und ein Ende des Kondensators ist zwischen dem anderen Ende der Konstantstromquelle 111 und dem Drain des Leistungs-MOSFET 1 angeschlossen, und das andere Ende des Kondensators ist an die interne Masse GND angeschlossen.
Die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung trägt zur Stabilisierung der Verzögerungszeit bei, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, wie in 4B gezeigt. Mit anderen Worten ist es möglich, die Abhängigkeit der Verzögerungszeit von der Größenordnung der Spannung der Energieversorgung VCC zu reduzieren.
Die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung kann ferner eine Diode 113 umfassen, die eine Kathode, die an die Energieversorgung VCC und die Eingangsklemme der Konstantstromquelle 111 angeschlossen ist, und eine Anode, die an die interne Masse GND angeschlossen ist, umfasst, wie in 5A gezeigt. Bei dieser Konfiguration blockiert die Diode 113 die Spannung der Energieversorgung VCC. Daher stabilisiert die Diode die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, in Zusammenarbeit mit der in 4A gezeigten Konfiguration. Für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, ist es möglich, die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, wie in 5B gezeigt, durch die Spannungsblockierung der Diode 113 zu erhöhen. Mit anderen Worten verschiebt die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung die Strecke L2 der Grafik aus 3, welche die Verzögerungszeit darstellt, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, auf die rechte Seite von 3 im Verhältnis zu der Strecke L1, welche die Einschaltzeit darstellt, um zu verhindern, dass sich die beiden Strecken überlappen. Mit anderen Worten ändert die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, so dass die Verzögerungszeit immer länger als die Einschaltzeit der Leistungs-MOSFET 1 ist, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt. Somit erhöht die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC während des normalen Betriebs aus einem beliebigen Grund abfällt, die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, derart, dass während der Verzögerungszeit die Ausgangsspannung VOUT des Leistungs-MOSFET 1 auf den vorbestimmten Spannungswert, um zu bestimmen, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet, angehoben werden kann. Daher ist es möglich, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC während eines normalen Betriebs abfällt, einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern, um die Betriebsleistung der Halbleitervorrichtung S sicherzustellen.
Auch besteht, da die erste Schaltung 11 zum Verhindern einer Fehlerkennung eine vergleichsweise einfache Konfiguration aufweist, beispielsweise ein Vorteil darin, dass es möglich ist, die zuvor erwähnte Wirkung zu erreichen, ohne die Gestaltung der Halbleitervorrichtung S erheblich zu ändern.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform wird mit Bezug auf 6 ausführlich beschrieben. Die zweite Ausführungsform betrifft eine zweite Schaltung 21 zum Verhindern einer Fehlerkennung zum Verschieben der Strecke L1 aus 3, welche die Einschaltzeit darstellt, auf die linke Seite von 3, um zu unterbinden, dass die Strecke L1 die Strecke L2, welche die Verzögerungszeit darstellt, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, überlappt. Mit anderen Worten schaltet die zweite Schaltung 21 zum Verhindern einer Fehlerkennung, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, den Leistungs-MOSFET 1 innerhalb der Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, ein, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern, ohne die Einschaltzeit der Leistungs-MOSFET 1 zu erhöhen. Die zweite Schaltung 21 zum Verhindern einer Fehlerkennung ist eine so genannte Ladepumpe und hebt die Spannung der Energieversorgung VCC selbst für den Fall, dass die entsprechende Spannung abgefallen ist, an und legt die angehobene Spannung an das Gate des Leistungs-MOSFET 1 an. Nachstehend wird zur einfachen Erklärung die zweite Schaltung 21 zum Verhindern einer Fehlerkennung als Ladepumpenschaltung 21 bezeichnet.
Beispielsweise für den Fall, dass der IPS, der die Halbleitervorrichtung S gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, als ein High-Side-IPS in dem elektrischen System des elektrischen Fahrzeugs angewendet wird, um den Leistungs-MOSFET 1, bei dem es sich um einen N-MOSFET handelt, ganz einzuschalten, wird aus Sicht der Schaltungskonfiguration eine Spannung benötigt, die höher als der Drain des Leistungs-MOSFET 1 ist. Die Spannung des Drains ist die Spannung der Energieversorgung VCC und ist die höchste Spannung in der Schaltung. Aus diesem Grund wird, um eine Spannung zu erzielen, die höher als die Spannung der Energieversorgung VCC ist, bei der vorliegenden Ausführungsform die Ladepumpenschaltung 21 verwendet.
Konfiguration
Die Ladepumpenschaltung 21 wird weiter beschrieben. Die Ladepumpenschaltung 21 umfasst einen Ladepumpenteilabschnitt 21a und einen Schwingungsteilabschnitt 21b. Der Ladepumpenteilabschnitt 21a umfasst erste bis dritte Reihenschaltungen 211 bis 213, die jeweils eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator sind, deren Dioden 214 und 215 jeweils zwei benachbarte Reihenschaltungen der Reihenschaltungen 211 bis 213 verbinden, und eine Diode 216, welche die Spannung, die von der Ladepumpenschaltung 21 ausgegeben wird, an die Gate-Treiberschaltung (nicht gezeigt) anlegt, um den Leistungs-MOSFET 1 als Reaktion auf das Steuersignal der ECU oder dergleichen des elektrischen Fahrzeugs ein-/auszuschalten. Die Reihenschaltung 211 umfasst eine Diode 211D und einen Kondensator 211C, und die Reihenschaltung 212 umfasst eine Diode 212D und einen Kondensator 212C, und die Reihenschaltung 213 umfasst eine Diode 213D und einen Kondensator 213C. Die Anoden der Dioden 211D bis 213D sind an die Energieversorgung VCC angeschlossen, und die Kathode der Diode 211D ist an ein Ende des Kondensators 211C angeschlossen, und die Kathode der Diode 212D ist an ein Ende des Kondensators 212C angeschlossen, und die Kathode der Diode 213D ist an ein Ende des Kondensators 213C angeschlossen.
Die Anode der Diode 214 ist zwischen der Kathode der Diode 211D und dem einen Ende des Kondensators 211C angeschlossen, und die Kathode derselben ist zwischen der Kathode der Diode 212D und dem Kondensator 212C angeschlossen.
Die Anode der Diode 215 ist zwischen der Kathode der Diode 212D und dem einen Ende des Kondensators 212C angeschlossen, und die Kathode derselben ist zwischen der Kathode der Diode 213D und dem Kondensator 213C angeschlossen.
Die Anode der Diode 216 ist zwischen der Kathode der Diode 213D und dem einen Ende des Kondensators 213C angeschlossen, und die Kathode derselben ist an das Gate des Leistungs-MOSFET 1 anhand der Gate-Treiberschaltung und so weiter angeschlossen.
Der Schwingungsteilabschnitt 21b umfasst erste bis dritte Wechselrichter (NICHT-Gatter) 22 bis 24 und einen Oszillator 25. Die Ausgangsklemme des ersten Wechselrichters 22 ist an das andere Ende des Kondensators 211C der ersten Reihenschaltung 211 und das andere Ende des Kondensators 213C der dritten Reihenschaltung 213 angeschlossen, und die Ausgangsklemme des zweiten Wechselrichters 23 ist an das andere Ende des Kondensators 212C der zweiten Reihenschaltung 212 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des dritten Wechselrichters 24 ist an die Eingangsklemme des zweiten Wechselrichters 23 angeschlossen.
Jede der Eingangsklemmen der ersten und dritten Wechselrichter 22 und 24 ist an die Ausgangsklemme des Oszillators 25 angeschlossen.
Der Oszillator 25 erzeugt ein H-Pegel- oder ein L-Pegel-Impulssignal, beispielsweise einen Pulsfrequenzmodulations-(PEM) Impuls, basierend auf dem EIN/AUS-Signal, das von der Steuerschaltung, wie etwa der ECU des elektrischen Fahrzeugs, eingegeben wird, und führt das Impulssignal den ersten und dritten Wechselrichtern 22 und 24 zu.
Vorgänge und Wirkungen
Es werden die Vorgänge und Wirkungen der Ladepumpenschaltung 21, welche die zuvor beschriebene Konfiguration aufweist, beschrieben. In dem Schwingungsteilabschnitt 21b gibt der erste Wechselrichter 22 für den Fall, dass das Impulssignal, das von dem Oszillator 25 ausgegeben wird, auf dem H-Pegel liegt, ein L-Pegel-Signal aus. Folglich werden die Energieversorgung VCC und die interne Masse GND über den Kondensator 211C geleitet, so dass der Kondensator 211C mit dem Strom geladen wird, der von der Energieversorgung VCC über die erste Diode 211D fließt. Der Kondensator 213C wird mit einem ähnlichen Vorgang geladen.
Als Nächstes gibt der dritte Wechselrichter 24, falls das Impulssignal, das von dem Oszillator 25 ausgegeben wird, auf dem L-Pegel liegt, ein H-Pegel-Signal aus, und falls der zweite Wechselrichter 23 dieses Signal empfängt, gibt er ein L-Pegel-Signal aus. Folglich werden die Energieversorgung VCC und die interne Masse GND über den Kondensator 212C geleitet, so dass der Kondensator 212C mit dem Strom geladen wird, der von der Energieversorgung VCC über die Diode 212D fließt. Unterdessen gibt der erste Wechselrichter 22 das H-Pegel-Signal aus. Folglich wird die elektrische Ladung, die in dem Kondensator 211C gespeichert ist, der Spannung der Energieversorgung VCC überlagert, um der Gate-Treiberschaltung (nicht gezeigt) über die Dioden 214 bis 216 zugeführt zu werden. Ähnlich wird die elektrische Ladung, die in dem Kondensator 213C gespeichert ist, über die Diode 216 an die Gate-Treiberschaltung ausgegeben.
Falls das Impulssignal, das von dem Oszillator 25 ausgegeben wird, wieder den H-Pegel erreicht, wird die elektrische Ladung, die in dem Kondensator 212C gespeichert ist, der Spannung der Energieversorgung VCC überlagert, um der Gate-Treiberschaltung über die Dioden 215 und 216 zugeführt zu werden. Auch werden, wie zuvor beschrieben, der Kondensator 211C und der Kondensator 213C wieder geladen.
Dadurch dass das Aufladen und Entladen der Kondensatoren 211C bis 213C wiederholt wird, wird die elektrische Ladung, die von dem Kondensator 211C und so weiter abgegeben wird, der Spannung der Energieversorgung VCC überlagert und wird an das Gate des Leistungs-MOSFET 1 über die Gate-Treiberschaltung und so weiter angelegt. Mit anderen Worten ändert die Ladepumpenschaltung 21 die Einschaltzeit derart, dass die Einschaltzeit des Leistungs-MOSFET 1 immer kürzer als die Verzögerungszeit ist, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt. Mit anderen Worten ändert die Ladepumpenschaltung die Einschaltzeit derart, dass die Verzögerungszeit über den gesamten Spannungsbereich der Energieversorgung VCC immer länger als die Einschaltzeit ist. Daher wird selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, der Diodenbetrieb des Leistungs-MOSFET 1 verbessert. Folglich kann ein Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands der Halbleitervorrichtung S verhindert werden, und entsprechend kann die Betriebsleistung sichergestellt werden.
Da die externen Bauteile, die als Bauteile der Ladepumpenschaltung 21 benötigt werden, nur die Kondensatoren 211C bis 213C sind, besteht auch ein Vorteil darin, dass es einfach ist, die Ladepumpenschaltung 21 platzsparend zu gestalten und die Ladepumpenschaltung auszulegen.
Ferner ist die Anzahl der Kondensatoren, wie etwa des Kondensators 211C, für die Ladepumpenschaltung 21 beliebig. Beispielsweise wird es bevorzugt, die Anzahl der Kondensatoren, wie etwa des Kondensators 211C, und ihre Kapazitäten zweckmäßig derart auszulegen, dass die Ausgangsspannung der Ladepumpenschaltung 21 einen gewünschten Spannungswert erreicht und die Gate-Durchschlagspannung des Leistungs-MOSFET 1 nicht überschreitet.
Dritte Ausführungsform
Es wird eine dritte Ausführungsform mit Bezug auf 7 und 8 ausführlich beschrieben. Die dritte Ausführungsform betrifft eine dritte Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung 31, welche die Fähigkeit der Ladepumpenschaltung 21 (der zweiten Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung) der zweiten Ausführungsform verbessern kann, um die Betriebsleistung der Halbleitervorrichtung S selbst für den Fall sicherzustellen, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt. Nachstehend wird diese dritte Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung 31 als der interne Masseschaltkreis 31 bezeichnet. Wie in 7 gezeigt, ist der interne Masseschaltkreis 31 zwischen der Ladepumpenschaltung 21, genauer gesagt der internen Masse GND der ersten bis dritten Wechselrichter 22 bis 24, die in 6 gezeigt sind, und einer externen Masse angeschlossen und reduziert das Potential der internen Masse GND auf ungefähr 0 V, um den Vorgang zum Anheben der Spannung der Ladepumpenschaltung 21 zu verbessern. Ein Beispiel der Konfiguration des internen Masseschaltkreises 31 ist in 8 gezeigt. Es sei zu beachten, dass die in 7 gezeigte Schaltungskonfiguration nur zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung dient, und dass aus praktischen Gründen außer den in den Zeichnungen gezeigten Bauteilen diverse Schaltungen zum Steuern der Halbleitervorrichtung S, wie etwa eine Pegelverschiebungsschaltung und so weiter, enthalten sein können, jedoch in den Zeichnungen vielleicht nicht gezeigt sind, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
Konfiguration
Wie in 8 gezeigt, umfasst der interne Masseschaltkreis 31 einen ersten MOSFET 311, erste bis vierte Dioden 312 bis 315, zweite bis fünfte MOSFETs 316 bis 319 und sechste und siebte MOSFETs 320 und 321.
Der erste MOSFET 311 ist beispielsweise ein P-MOSFET vom Anreicherungstyp (normaler ausgeschaltet). Die zweiten bis fünften MOSFETs 316 bis 319 sind beispielsweise N-MOSFETs vom Verarmungstyp (normalerweise eingeschaltet). Die sechsten und siebten MOSFETs 320 und 321 sind beispielsweise N-MOSFETs vom Anreicherungstyp.
Die Verbindungsbeziehungen werden ausführlich beschrieben.
Der erste MOSFET 311 weist eine derartige Verbindungsbeziehung auf, dass er mit Bezug auf die Energieversorgung VCC möglicherweise die interne Masse GND bildet und als Source-Folger dient. Insbesondere ist die Source des ersten MOSFET 311 an die in 6 gezeigte interne Masse GND und den Drain des sechsten MOSFET 320 angeschlossen, und der Drain desselben ist an eine externe Masse GND EX über eine in 7 gezeigte Masseklemme 10 angeschlossen, und das Gate desselben ist an die Anode der ersten Diode 312 und den Drain des zweiten MOSFET 316 angeschlossen. Die Kathode der ersten Diode 312 ist an die Energieversorgung VCC angeschlossen.
Die Source des zweiten MOSFET 316 ist an die externe Masse GND_EX über die Masseklemme 10 aus 7 angeschlossen, und das Gate desselben ist an die Source desselben angeschlossen. Der Drain des dritten MOSFET 317 ist an die Energieversorgung VCC angeschlossen, und die Source desselben ist an die Kathode der zweiten Diode 313 angeschlossen, und das Gate desselben ist an die Source desselben angeschlossen. Der Drain des vierten MOSFET 318 ist an die Anode der fünften Diode 315 angeschlossen, und die Source desselben ist an den Drain des fünften MOSFET 319 angeschlossen, und das Gate desselben ist an die Source desselben angeschlossen. Die Source des fünften MOSFET 319 ist an die externe Masse GND EX über die Masseklemme 10 aus 7 angeschlossen, und das Gate desselben ist an die Source desselben angeschlossen.
Der Drain des sechsten MOSFET 320 ist an den Drain des ersten MOSFET 311 und die interne Masse GND angeschlossen, und die Source desselben ist an die externe Masse GND_EX über die Masseklemme 10 aus 7 angeschlossen, und das Gate desselben ist zwischen der Source des dritten MOSFET 317 und der Kathode der zweiten Diode 313 angeschlossen. Der Drain des siebten MOSFET 321 ist an das Gate des sechsten MOSFET 320 angeschlossen, und die Source desselben ist an die externe Masse GND_EX über die Masseklemme 10 aus 7 angeschlossen, und das Gate desselben ist zwischen der Source des vierten MOSFET 318 und dem Drain des fünften MOSFET 319 angeschlossen.
Die Anode der zweiten Diode 313 ist an die externe Masse GND_EX über die Masseklemme 10 aus 7 angeschlossen. Die Anode der dritten Diode 314 ist an die externe Masse GND_EX über die Masseklemme 10 aus 7 angeschlossen, und die Kathode desselben ist an das Gate des siebten MOSFET 321 angeschlossen. Die Kathode der vierten Diode 315 ist an die Energieversorgung VCC angeschlossen.
Vorgänge und Wirkungen
Die Vorgänge und Wirkungen des internen Masseschaltkreises 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben.
Um die Brauchbarkeit der Ladepumpenschaltung 21 zu verbessern, kann ein interner Masseschaltkreis bereitgestellt werden. In diesem Fall, beispielsweise für den Fall, dass der interne Masseschaltkreis 31 nur den ersten MOSFET 311, die erste Diode 312 und den zweiten MOSFET 316 umfasst, falls die ersten und vierten Dioden 312 und 315 und so weiter konfiguriert sind, um die Spannung bei 5 V zu blockieren, selbst wenn die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, ist es unwahrscheinlich, dass das Potential der internen Masse GND gleich etwa 0 V wird. Insbesondere da der erste MOSFET 311 ein P-MOSFET ist, der eingeschaltet wird, falls das Potential des Gates niedriger als das der Source ist, und die Source desselben an die interne Masse GND angeschlossen ist, für den Fall, dass das Potential der internen Masse niedriger als das Potential des Gates ist, wird der erste MOSFET 311 ausgeschaltet, so dass die interne Masse GND und die externe Masse GND EX nicht über den ersten MOSFET 311 geleitet werden. Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass das Potential der internen Masse GND niedriger als die Schwellenspannung Vth zwischen dem Gate und der Source des ersten MOSFET 311 wird. Daher kann die Amplitude des Eingangssignals für die Ladepumpenschaltung 21, beispielsweise des Signals von dem in 6 gezeigten Wechselrichter 22, abnehmen, und entsprechend kann der Vorgang des Anhebens der Spannung der Ladepumpenschaltung 21 verzögert werden.
Gemäß der Schaltungskonfiguration der vorliegenden Ausführungsform für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC auf eine Spannung unter 5 V abfällt, entnimmt der sechste MOSFET 320 und so weiter jedoch die elektrische Ladung der internen Masse GND, so dass das Potential der internen Masse GND auf ungefähr 0 V abnimmt. Daher wird, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC während eines normalen Betriebs abfällt, da die Amplitude des Eingangssignals für die Ladepumpenschaltung 21 verbessert wird, der Einschaltvorgang des Leistungs-MOSFET 1 verbessert. Entsprechend ist es möglich, selbst für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC während eines normalen Betriebs abfällt, einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern.
Vierte Ausführungsform
Bei den zuvor beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen wird ein Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands verhindert, indem die Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, oder die Einschaltzeit des Leistungs-MOSFET 1 geändert wird. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands zu verhindern, indem der Spannungswert eines Bestimmungssignals geändert wird, bei dem es sich um ein Eingangssignal von dem Vergleicher 3 für die Filterschaltung 4 handelt, mit anderen Worten ein Signal, welches das Vergleichsergebnis des Vergleichers 3 darstellt und ein Signal ist, das auf der Steuerschaltungsseite zu verwenden ist, um zu erkennen und zu bestimmen, ob sich der Leistungs-MOSFET 1 in dem normalen EIN-Zustand befindet. Nachstehend wird eine vierte Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung, um den Spannungswert des Bestimmungssignals zu ändern, gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 9 und 10 ausführlich beschrieben.
Wie in 9 gezeigt, umfasst eine vierte Schaltung 41 zum Verhindern einer Fehlerkennung ein ODER-Gatter 411 und eine Schaltung 412 zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung.
Das ODER-Gatter 411 ist zwischen der Filterschaltung 4 und dem Vergleicher 3 angeordnet und umfasst eine Eingangsklemme, die an die Ausgangsklemme der Schaltung 412 zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung angeschlossen ist, und die andere Eingangsklemme, die an die Ausgangsklemme des Vergleichers 3 angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme des ODER-Gatters 411 ist an die Eingangsklemme der Filterschaltung 4 angeschlossen. Das ODER-Gatter 411 gibt ein Signal, das einen Pegel gemäß dem Ausgangssignal der Schaltung 412 zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung und dem Ausgangssignal des Vergleichers 3 aufweist, an die Filterschaltung 4 aus.
Die Schaltung 412 zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung erkennt einen Abfall der Spannung der Energieversorgung VCC. 10 zeigt ein Beispiel der Schaltung 412 zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung. Wie in 10 gezeigt, umfasst die Schaltung 412 zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung ein Paar Widerstände R1 und R2, die in Reihe geschaltet sind, und ein NICHT-Gatter (Wechselrichter) 413, das die Eingangsklemme, die an den Kontaktpunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 angeschlossen ist, und die Ausgangsklemme, die an das ODER-Gatter 411 angeschlossen ist, umfasst. Ein Ende jedes der Widerstände R1 und R2 ist an die Energieversorgung VCC angeschlossen, und das andere Ende ist an die interne Masse GND angeschlossen.
Die Spannung V1 am mittleren Punkt zwischen den Widerständen R1 und R2, die durch die Spannungsteilung der Widerstände verursacht wird, mit anderen Worten die Spannung VI, die an die Eingangsklemme des Wechselrichters 413 angelegt wird, wird mit V1 = VCC × (R2 / (R1 + R2)) berechnet. In dem Wechselrichter 413 wird eine Schwelle Vth2 eingestellt, und diese Schwelle Vth2 wird zweckmäßig derart eingestellt, dass es möglich ist, einen Abfall der Spannung der Energieversorgung VCC zu erkennen. Insbesondere wird die Schwelle derart eingestellt, dass für den Fall, dass die Spannung V1 höher als die Schwelle Vth2 ist, der Wechselrichter 413 ein L-Pegel-Signal ausgibt; wohingegen der Wechselrichter 413 für den Fall, dass die Spannung V1 niedriger als die Schwelle Vth2 ist, ein H-Pegel-Signal ausgibt.
Der Betrieb der vierten Schaltung 41 zum Verhindern einer Fehlerkennung wird beschrieben. Nachstehend wird der Betrieb der vierten Schaltung 41 zum Verhindern einer Fehlerkennung für den Fall, dass die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, beschrieben. Falls die Spannung der Energieversorgung VCC abfällt, wird das L-Pegel-Signal (das zuvor erwähnte Bestimmungssignal) von dem Vergleicher 3 in die andere Eingangsklemme des ODER-Gatters 411 eingegeben, und da die Spannung V1 niedriger als die Schwelle Vth2 ist, wird das H-Pegel-Signal aus dem Wechselrichter 413 in die eine Eingangsklemme des ODER-Gatters 411 eingegeben.
Basierend auf dem L-Pegel-Signal, das von dem Vergleicher 3 eingegeben wird, und dem H-Pegel-Signal, das von dem Wechselrichter 413 eingegeben wird, gibt das ODER-Gatter 411 das H-Pegel-Signal an die Filterschaltung 4 aus. Dabei wird, falls das ODER-Gatter 411 nicht vorhanden ist, das L-Pegel-Signal von dem Vergleicher 3 in die Filterschaltung 4 eingegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch durch das ODER-Gatter 411, das zwischen der Filterschaltung 4 und dem Vergleicher 3 angeordnet ist, das H-Pegel-Signal in die Filterschaltung 4 eingegeben. Folglich gibt die Filterschaltung 4 das H-Pegel-Signal aus. Daher kann ein Fehler bei der Erkennung des Überstromzustands verhindert werden. Mit anderen Worten wird der Spannungswert des Bestimmungssignals, das von dem Vergleicher 3 ausgegeben wird und das Vergleichsergebnis darstellt, geändert, so dass ein Fehler bei der Erkennung des Überstromzustands, die auf der Steuerschaltungsseite ausgeführt wird, verhindert werden kann.
Für den Fall, dass sich der Leistungs-MOSFET 1 nicht einem tatsächlichen Überstromzustand befindet, wenn die Spannung der Energieversorgung VCC zeitweilig abfällt, gibt der Vergleicher 3 das L-Pegel-Signal an die andere Eingangsklemme des ODER-Gatters 411 aus. In diesem Zustand gibt der Wechselrichter 413, falls die Spannung der Energieversorgung VCC wiederhergestellt wird, das L-Pegel-Signal an die eine Eingangsklemme des ODER-Gatters 411 aus. In diesem Fall gibt das ODER-Gatter 411 das L-Pegel-Signal an die Filterschaltung 4 aus. Nach der Verzögerungszeit, die durch die Filterschaltung 4 eingestellt wird, gibt der Vergleicher 3 jedoch das H-Pegel-Signal an die andere Eingangsklemme des ODER-Gatters 411 aus, und der Wechselrichter 413 gibt das L-Pegel-Signal an die eine Eingangsklemme des ODER-Gatters 411 aus. Folglich gibt das ODER-Gatter 411 das H-Pegel-Signal an die Filterschaltung 4 aus. Daher ist es möglich, einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands, die auf der Steuerschaltungsseite ausgeführt wird, zu verhindern, und somit kann die Betriebsleistung der Halbleitervorrichtung S sichergestellt werden.
Auch wird es für den Fall, dass die vierte Schaltung 41 zum Verhindern einer Fehlerkennung verwendet wird, beispielsweise bevorzugt, eine Schaltungskonfiguration, die einen Mess-MOSFET (nicht gezeigt) aufweist, zum Erkennen tatsächlicher Überstromzustände getrennt von dem Leistungs-MOSFET 1 zu verwenden.
Sonstige Ausführungsformen
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, und diverse Anwendungen und Änderungen können vorgenommen werden, ohne den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise sind die Schaltungskonfigurationen, die in den ersten bis dritten Ausführungsformen gezeigt werden, rein beispielhaft, und es können andere Schaltungskonfigurationen verwendet werden, solange die Positionsbeziehung zwischen der Strecke, welche die Verzögerungszeit der Filterschaltung 4 darstellt, die von der Größenordnung der Spannung der Energieversorgung VCC abhängig ist, und die Strecke, welche die Einschaltzeit des Leistungs-MOSFET 1 darstellt, die von der Größenordnung der Spannung der Energieversorgung VCC abhängig ist, geändert werden können, so dass sie sich nicht überlappen.
Auch wurde bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Fall, bei dem das Leistungshalbleiter-Schaltelement der Leistungs-MOSFET 1 ist, als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise kann bei einer Anwendung, die eine Leistungskapazität benötigt, die größer als die des Leistungs-MOSFET 1 ist, aber nicht unbedingt eine Schaltgeschwindigkeit benötigt, die höher als die des Leistungs-MOSFET 1 ist, anstelle des Leistungs-MOSFET 1 ein IGBT verwendet werden.
Auch können, solange es möglich ist, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, die ersten bis vierten Ausführungsformen in einem Bereich, in dem die Spezifikationen und so weiter, die für eine tatsächliche Anwendung notwendig sind, erfüllt sind, zweckmäßig kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018024578 [0001]
JP 2014138521 A [0003]
WO 2016/143382 [0003]

Claims

Halbleitervorrichtung, die ein Leistungshalbleiter-Schaltelement umfasst, das konfiguriert ist, um eine Last mit elektrischer Energie aus einer Energieversorgung durch Schalten anzusteuern, und die konfiguriert ist, um ein Bestimmungssignal, um zu erkennen, ob sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in einem normalen EIN-Zustand befindet, an eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um die Erkennung auszuführen, auszugeben, wobei die Halbleitervorrichtung umfasst: eine Vergleichsschaltung, die konfiguriert ist, um einen Wert einer Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements mit einer Schwelle, die einen Überstromzustand des Leistungshalbleiter-Schaltelements darstellt, zu vergleichen und um ein Vergleichsergebnis als das Bestimmungssignal auszugeben; eine Filterschaltung, die auf einer Ausgangsseite der Vergleichsschaltung bereitgestellt wird, um das Bestimmungssignal an die Steuerschaltung nach einer Verzögerungszeit auszugeben, die benötigt wird, damit die Ausgangsspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements einen vorbestimmten Spannungswert erreicht, um zu bestimmen, dass sich das Leistungshalbleiter-Schaltelement in dem normalen EIN-Zustand befindet, nachdem das Leistungshalbleiter-Schaltelement eingeschaltet wurde; und eine Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung, die konfiguriert ist, um eine Einschaltzeit des Leistungshalbleiter-Schaltelements, die Verzögerungszeit oder einen Spannungswert des Bestimmungssignals, wenn eine Spannung der Energieversorgung abfällt, für den Fall, dass das Leistungshalbleiter-Schaltelement eingeschaltet wird, zu ändern, um einen Fehler bei der Erkennung eines Überstromzustands, die durch die Steuerschaltung ausgeführt wird, zu verhindern.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung umfasst: eine Schaltung zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung, die an die Energieversorgung angeschlossen ist und konfiguriert ist, um einen Abfall der Spannung der Energieversorgung zu erkennen; und ein ODER-Gatter, das eine Ausgangsklemme umfasst, die an die Filterschaltung angeschlossen ist, eine Eingangsklemme, die an die Schaltung zum Erkennen eines Spannungsabfalls einer Energieversorgung angeschlossen ist, und eine andere Eingangsklemme, die an eine Ausgangsklemme der Vergleichsschaltung angeschlossen ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung konfiguriert ist, um die Verzögerungszeit oder die Einschaltzeit derart zu ändern, dass die Verzögerungszeit immer länger als die Einschaltzeit ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung umfasst: eine Konstantstromquelle, die zwischen der Energieversorgung und dem Leistungshalbleiter-Schaltelement bereitgestellt wird; und einen Kondensator, der ein Ende, das zwischen der Konstantstromquelle und dem Leistungshalbleiter-Schaltelement angeschlossen ist, und ein anderes Ende, das geerdet ist, umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung ferner umfasst: eine Diode, die eine Kathode, die an die Energieversorgung angeschlossen ist, und eine Anode, die geerdet ist, umfasst, und wobei die Diode konfiguriert ist, um die Spannung der Energieversorgung zu blockieren.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleiter-Schaltelement ein Leistungs-N-MOSFET ist, der auf einer Hochpotentialseite der Last angeordnet ist, und wobei die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung eine Ladepumpenschaltung umfasst, die konfiguriert ist, um eine Spannung anzuheben, die an ein Gate des Leistungshalbleiter-Schaltelements anzulegen ist, so dass Einschaltzeit des Leistungshalbleiter-Schaltelements kürzer als die Verzögerungszeit ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Schaltung zum Verhindern einer Fehlerkennung ferner umfasst: einen internen Masseschaltkreis, der zwischen einer internen Masse der Ladepumpenschaltung und einer externen Masse der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird und konfiguriert ist, um eine elektrische Ladung von der internen Masse zu der externen Masse zu entnehmen, wenn die Spannung der Energieversorgung abfällt, um ein Potential der internen Masse zu verringern, um eine Ausgabe der Ladepumpenschaltung zu stabilisieren.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der interne Masseschaltkreis umfasst: eine Diode, die eine Kathode umfasst, die an die Energieversorgung angeschlossen ist; einen P-MOSFET, der eine Source, die an die interne Masse angeschlossen ist, einen Drain, der an die externe Masse angeschlossen ist, und ein Gate, das an eine Anode der Diode angeschlossen ist, umfasst; einen normalerweise eingeschalteten N-MOSFET, der einen Drain, der an ein Gate des P-MOSFET angeschlossen ist, eine Source, die an die externe Masse angeschlossen ist, und ein Gate, das an die Source angeschlossen ist, umfasst; und einen normalerweise ausgeschalteten N-MOSFET, der einen Drain, der an den Drain des P-MOSFET angeschlossen ist und an die interne Masse angeschlossen ist, und eine Source, die an die externe Masse angeschlossen ist, umfasst.